Реєстраційний номер
0826U001885, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
13-08-2026
Статус
Захищена
Назва роботи
Забезпечення міцності і прогнозування довговічності елементів підіймальних систем бурових установок
Здобувач
Біловус Андрій Романович,
Керівник Харченко Євген Валентинович
Опонент Ярошевич Микола Павлович
Опонент Горошко Андрій Володимирович
Рецензент Гурський Володимир Миколайович
Рецензент Ланець Олексій Степанович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Національний університет "Львівська політехніка"
Опис
Дисертацію присвячено вирішенню актуальної науково-прикладної задачі, сутність якої полягає у формуванні науково обґрунтованих рекомендацій щодо добору структури і параметрів бурових установок, а також характеристик технологічних операцій процесу буріння свердловини на основі комплексного аналізу динамічних явищ у механічних системах установок під час перехідних та усталених режимів роботи, напруженого-деформованого стану елементів конструкцій, а також процесів росту тріщин у конструкційних матеріалах з урахуванням дії реальних спектрів навантажень.
У ВСТУПІ до дисертаційної роботи обґрунтовано актуальність наукової проблеми, сформульовано мету і задачі досліджень, визначено об’єкт і предмет наукових досліджень, а також описані основні науково-дослідницькі результати, їхнє практичне значення для розвитку наукових знань з прикладної механіки і, зокрема, у галузі забезпечення міцності та прогнозування довговічності інженерних конструкцій.
У ПЕРШОМУ розділі проведено літературний огляд досліджень за тематикою дисертаційної роботи, обґрунтовано мету і задачі дослідження.
У ДРУГОМУ розділі математично обґрунтовується метод прямої дискретизації довгомірних пружних ланок у застосуванні до вільних і вимушених поздовжніх коливань прямого стрижня як механічної системи з розподіленими параметрами, а також досліджується збіжність методу під час визначення власних частот і амплітуд вимушених коливань механічних систем.
На прикладах обчислення власних частот коливань стрижня з вільними кінцями, а також стрижня з одним защемленим, а другим вільним кінцем та порівняння наближених результатів розрахунків із точними результатами досліджено збіжність методу. Досліджено вплив числа ступенів вільності розрахункової моделі, довжини стрижня, густини матеріалу на значення власних частот. З’ясовано, що для забезпечення достатньої для інженерної практики точності визначення трьох або чотирьох нижчих власних частот можна застосовувати розрахункові моделі, що мають 8 – 10 ступенів вільності.
Розглянуто вимушені поздовжні коливання пружного стрижня, один кінець якого защемлений в основі, а другий кінець вільний, за силового та кінематичного збудження. Побудовано амплітудно-частотні характеристики механічних систем у вигляді залежностей амплітуди переміщень однієї з матеріальних точок і амплітуди поздовжнього зусилля в одній із пружних ланок розрахункової моделі від частоти вимушених коливань.
ТРЕТІЙ розділ присвячено математичному моделюванню поперечних коливань довгомірних конструкцій зі ступінчастою зміною поперечного перерізу із застосуванням методу прямої дискретизації. Метод ілюструється на прикладах розрахунку вільних і вимушених коливань бурових щогл. Розглядаються випадки закріплення щогли на абсолютно жорсткій та на податливій у горизонтальному напрямі основі.
Власні частоти, отримані розрахунковим шляхом із застосуванням методу прямої дискретизації, порівнювали з результатами розрахунків, виконаних методом скінченних елементів, та з експериментально знайденими для аналогічних умов закріплення і законів розподілу маси резонансними частотами. Показано, що розрахункові значення трьох нижчих власних частот добре узгоджуються зі значеннями резонансних частот, знайденими експериментально. Відносна похибка для усіх досліджуваних режимів не перевищує 11%, що підтверджує адекватність результатів математичного моделювання реальним динамічним процесам.
У ЧЕТВЕРТОМУ розділі розглядається уточнений метод аналізу вільних і вимушених поперечні коливань баштової вежі бурової установки. Висотна конструкція подається як багатопрогонова балка Тимошенка зі змінними по довжині згинною жорсткістю, розподіленою масою і поздовжньою силою. Приймається, що вежа встановлена на жорсткій платформі, обіпертій на пружну основу. Додатково вежа зв’язана з основою за допомогою пружних розтяжок. Аналізується збіжність методу розв’язання задачі. Розглядаються матричний алгоритм і результати розрахунків поперечних коливань баштової бурової вежі.
У П’ЯТОМУ розділі для визначення динамічних навантажень і напружень в елементах конструкцій побудовано узагальнену математичну модель нестаціонарних процесів у підіймальній системі бурової установки з урахуванням взаємозв’язку електромагнітних процесів в асинхронному двигуні та механічних коливальних явищ. Довговічність елементів конструкцій визначено за допомогою комп’ютерного алгоритму аналізу швидкості росту тріщини із застосуванням рівняння NASGRO, що одержане з урахуванням наявності зон пластичних деформацій. На прикладі осі кронблока проілюстровано вплив нестаціонарних динамічних процесів в буровій установці на довговічність елементів конструкцій.
Дата реєстрації
2026-05-22
Додано/оновлено в НРАТ
2026-06-08 / 2026-08-20
